(57)【要約】【課題】  ＣＤＭＡ信号を受信する構成において、ガードインターバルの挿入を不要として伝送効率の低下を抑え、かつウェイト計算の演算量を大幅に削減する。【解決手段】  時間領域の信号処理で伝送路のインパルス応答を求め、このインパルス応答をフーリエ変換して周波数領域の信号に変換し、周波数領域のインパルス応答を用いて等化フィルタのウェイトを計算し、計算された周波数領域のウェイトを逆フーリエ変換により時間領域のウェイトに変換し、時間領域の信号処理で受信信号のフィルタリングを行い、等化信号を逆拡散してデータ信号を復調する。【選択図】図１
2006311083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した符号分割多重（ＣＤＭＡ）信号の等化を行う等化フィルタと、
等化された信号を逆拡散してデータ信号を復調するデータ逆拡散手段と、
伝送路のインパルス応答を求める伝送路推定手段と、
求めたインパルス応答に基づいて前記等化フィルタのウェイトを計算するウェイト計算手段と
を備えたＣＤＭＡ受信装置において、
前記伝送路推定手段および前記等化フィルタは実時間領域で、前記ウェイト計算手段は周波数領域でそれぞれ信号処理を行う構成であり、
前記伝送路推定手段の求めたインパルス応答を周波数領域の信号に変換するフーリエ変換手段と、前記ウェイト計算手段の計算した周波数領域のウェイトを時間領域のウェイトに変換する逆フーリエ変換手段とを備えた
ことを特徴とするＣＤＭＡ受信装置。
【請求項２】
ＣＤＭＡ方式で伝送された信号を受信する受信方法において、
時間領域の信号処理で伝送路のインパルス応答を求め、
このインパルス応答をフーリエ変換して周波数領域の信号に変換し、
周波数領域のインパルス応答を用いて等化フィルタのウェイトを計算し、
計算された周波数領域のウェイトを逆フーリエ変換により時間領域のウェイトに変換し、
時間領域の信号処理で受信信号のフィルタリングを行い、
等化信号を逆拡散してデータ信号を復調する
ことを特徴とするＣＤＭＡ受信方法。
【請求項３】
符号分割多重信号を送信する送信装置と、この送信装置から送信された信号を受信する請求項1記載のＣＤＭＡ受信装置とを備えた無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は符号分割多重（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）方式の無線通信に関する。特に、ＣＤＭＡ受信信号を線形フィルタにより等化して信号の復調を行うＣＤＭＡ受信方法および装置、ならびにそれを用いた無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＳ−ＣＤＭＡ（Direct Sequence-Code Division Multiple Access）方式は、マルチセル環境において、他セル干渉を効果的に抑圧し、１セル繰り返しを実現できるため、移動通信の無線アクセス方式に用いられている。また、ＣＤＭＡ方式では、伝送路のマルチパスを逆拡散時に分離してＲａｋｅ合成することで、パスダイバーシチ効果が得られる。
【０００３】
しかし、近年、音声通信に加え、データ通信のトラヒックが増加し、より大容量、高速化が望まれており、マルチコードを用いた伝送が必要となっている。ＣＤＭＡでマルチコード伝送を行うと、実効の拡散利得が小さくなり、マルチパス干渉を十分に抑圧できなくなる問題がある。
【０００４】
そこで、逆拡散前に伝送路の等化（チップ等化）を行い、マルチコード間の直交性を回復してから逆拡散、および信号の復調を行う方法が検討されている。等化の方法は種々提案されているが、線形フィルタを用いる方法が簡易であり、例えば、非特許文献１に記載される方法がある。
【０００５】
図３に従来例のＣＤＭＡ受信装置のブロック構成図を示し、この図を参照して非特許文献１に記載の技術を説明する。
【０００６】
この従来例装置は「チップ等化器」と呼ばれるものであり、パイロット逆拡散部２１−１〜２１−Ｌ、伝送路推定部２２、ウェイト計算部２３、等化フィルタ２４およびデータ逆拡散部２５により構成される。パイロット逆拡散部２１−１〜２１−Ｌは、パイロット信号が多重されたＣＤＭＡ信号を受信し、パスタイミングに従い、パス毎にパイロット信号の逆拡散を行う。伝送路推定部２２は、パス毎のパイロット逆拡散信号を入力し、それぞれを複数シンボルにわたり平均し、パス毎の伝送路推定値（伝送路のインパルス応答）を求める。ウェイト計算部２３は、パス毎の伝送路推定値を入力し、等化フィルタのウェイトＷを計算する。等化フィルタ２４は、ウェイト計算部２３で計算されたウェイトＷの中央の行ベクトルをタップウェイトに用い、受信信号のフィルタリング（等化）を行う。データ逆拡散部２５は、等化信号を逆拡散し、データ信号を復調する。
【０００７】
ウェイトＷの計算は、例えば、最小平均自乗誤差法（ＭＭＳＥ：Minimum Mean
Square Error）を用いると、次式で計算される。
【数１】
2006311083.tif 000003
【０００８】
図３に示した従来例では、伝送路推定、ウェイト計算およびフィルタリング（等化）を時間領域の信号処理で行っているが、これらの処理を周波数領域で行う方法もあり、非特許文献２に周波数領域等化器として紹介されている。また、この周波数領域等化器をＣＤＭＡへ応用した例が非特許文献３に述べられている。
【０００９】
図４に周波数領域等化器を応用した従来例のＣＤＭＡ受信装置のブロック構成図を示し、この図を参照して非特許文献３に記載の技術を説明する。この従来例は周波数領域チップ等化器と呼ばれるものであり、ＧＩ除去部３１、スイッチ３２、直列／並列（Ｓ／Ｐ）変換部３３、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部３４、伝送路推定部３５、ウェイト計算部３６、直列／並列変換部３７、高速フーリエ変換部３８、等化フィルタ３９、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部４０、並列／直列（Ｐ／Ｓ）変換部４１およびデータ逆拡散部４２で構成される。
【００１０】
図４に示した従来例の動作について説明する前に、図５および図６を参照して、周波数領域等化器を利用する場合に必要となるガードインターバル（ＧＩ）について説明する。
【００１１】
周波数領域等化器では、伝送路推定、ウェイト計算およびフィルタリングを周波数領域の信号処理で行うため、受信信号を一旦フーリエ変換し、周波数領域の受信信号に変換する。周波数領域等化器を用いるためには、送信側でフーリエ変換を行うブロック単位でガードインターバル（ＧＩ）を挿入する必要がある。一般には、図５に示すように、パイロットやデータの最後尾をコピーして、ブロックの前部へ持ってくる方法、すなわちサイクリックプリフィクスが用いられる。
【００１２】
図６はＧＩ挿入の効果を説明する図である。受信側で複数のパスが受信される場合、パスＡのタイミングでフーリエ変換のブロックを切り取った場合、ＧＩを付加しないとパスＢの前ブロックが干渉となるが（図６（ａ））、ＧＩを付加すると、パスＢのＧＩ部が漏れ込むものの、この信号は自ブロックの最後尾をサイクリックシフトしたものなので、干渉とはならない（図６（ｂ））。
【００１３】
図４に示した従来例の動作を説明する。
【００１４】
ＧＩ除去部３１は、受信信号のＧＩ部を先行パスのタイミングで除去する。スイッチ３２は、受信信号のパイロット信号のブロックをウェイト計算処理部へ出力し、データ信号のブロックをフィルタリング処理部へ出力するように切り換わる。
【００１５】
直列／並列変換部３３は、パイロット信号を直列／並列変換する。ＦＦＴ部３４は、パイロット信号をフーリエ変換し、周波数領域の信号に変換する。伝送路推定部３５は、周波数領域に変換されたパイロット信号の拡散変調を除去するため、パイロット信号の拡散チップを別途フーリエ変換した信号を周波数領域で乗じ、周波数領域の伝送路推定値を求める。ウェイト計算部３６は、周波数領域の伝送路推定値を入力し、等化フィルタのウェイトを計算する。周波数領域のポイントｍにおけるウェイトＷ(ｍ)の計算は、例えば、最小平均自乗誤差法（ＭＭＳＥ）を用いると、次式で計算される。
【数２】
2006311083.tif 000004
【００１６】
直列／並列変換部３７はデータ信号を直列／並列変換する。高速フーリエ変換部３８は、データ信号をフーリエ変換し、周波数領域の信号に変換する。等化フィルタ３９は、ウェイト計算部３６で計算されたウェイトを用いて、周波数領域で受信信号のフィルタリング（等化）を行う。等化フィルタ３９は複数の乗算器により構成され、受信信号とウェイトとをポイント毎に乗算する。高速逆フーリエ変換部４０は、等化した信号を逆フーリエ変換し、時間領域の信号に変換する。並列／直接変換部４１は、時間領域に変換された等化信号を並列／直列変換する。データ逆拡散部４２は、等化信号を逆拡散し、データ信号を復調する。
【００１７】
【非特許文献１】川村、岸山、樋口、佐和橋、「HSDPAにおける他セル干渉除去を考慮したマルチパス干渉キャンセラとチップ等化器の特性比較」、信学技報RCS2002-38、2002年4月
【非特許文献２】D. Falconer, S.L.Ariyavisitakul,A. Benyamin-Seeyar and B. Eidson, "Frequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband Wireless Systems, "IEEECommun.Mag.,Vol.33, No.2, pp.100-109, Feb. 1995
【非特許文献３】鈴木、宮崎、福原、武内、「シングルキャリア伝送によるCDMAセルラーシステムの高速大容量化に関する一検討」、信学技報RCS2002-349、2003年3月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図３に示したような時間領域でチップ等化を行う従来例のＣＤＭＡ受信装置では、ウェイト計算のために数１に示したような逆行列演算を必要とし、演算量が行列のサイズ（あるいは等化フィルタのタップ数）の３乗に比例して大きくなる。特にチップ速度が高いブロードバンドＣＤＭＡにおいては、伝搬遅延が大きいマクロセル環境ではタップ数として数百が必要となり、逆行列演算量は膨大となる。一方、図４に示されるような周波数領域でチップ等化を行う従来例のＣＤＭＡ受信装置では、ウェイト計算として数２に示したようなポイント毎に乗算と除算を１回ずつ行えばよく、逆行列演算と比べると演算量は格段に少なくなる。しかし、周波数領域等化器を用いるためには、ＦＦＴブロック間の干渉をなくすために、ＣＤＭＡ信号にＧＩを挿入する必要があり、伝送効率が低下する。
【００１９】
本発明は、このような課題を解決し、ＧＩの挿入が不要で伝送効率の低下を抑えることができ、かつウェイト計算の演算量を大幅に削減することのできるＣＤＭＡ受信方法、装置および無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、ＣＤＭＡ受信信号を線形フィルタにより等化し、信号を復調する構成において、伝送路推定とフィルタリング（等化）の信号処理を時間領域で行い、ウェイト計算の信号処理のみを周波数領域で行うことを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明の第一の観点によると、受信した符号分割多重（ＣＤＭＡ）信号の等化を行う等化フィルタと、等化された信号を逆拡散してデータ信号を復調するデータ逆拡散手段と、伝送路のインパルス応答を求める伝送路推定手段と、求めたインパルス応答に基づいて前記等化フィルタのウェイトを計算するウェイト計算手段とを備えたＣＤＭＡ受信装置において、前記伝送路推定手段および前記等化フィルタは実時間領域で、前記ウェイト計算手段は周波数領域でそれぞれ信号処理を行う構成であり、前記伝送路推定手段の求めたインパルス応答を周波数領域の信号に変換するフーリエ変換手段と、前記ウェイト計算手段の計算した周波数領域のウェイトを時間領域のウェイトに変換する逆フーリエ変換手段とを備えたことを特徴とするＣＤＭＡ受信装置が提供される。
【００２２】
伝送路推定、ウェイト計算およびフィルタリングを行う技術として、ＣＤＭＡ受信技術の他に、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式も知られている。ＯＦＤＭ信号の等化（伝送路補正）では、ウェイト計算およびフィルタリングのそれぞれの信号処理については、ＣＤＭＡ信号の周波数領域等化と同様に、周波数領域で行われる。ウェイト計算の信号処理を周波数領域で行い、かつフィルタリングの信号処理を時間領域で行うことは、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭのいずれの技術でも、これまで知られていない。
【００２３】
ウェイト計算手段におけるウェイト計算方法として、最小平均自乗誤差法（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）を用いることができる。
【００２４】
本発明の第二の観点によると、ＣＤＭＡ方式で伝送された信号を受信する受信方法において、時間領域の信号処理で伝送路のインパルス応答を求め、このインパルス応答をフーリエ変換して周波数領域の信号に変換し、周波数領域のインパルス応答を用いて等化フィルタのウェイトを計算し、計算された周波数領域のウェイトを逆フーリエ変換により時間領域のウェイトに変換し、時間領域の信号処理で受信信号のフィルタリングを行い、等化信号を逆拡散してデータ信号を復調することを特徴とするＣＤＭＡ受信方法が提供される。
【００２５】
本発明の第三の観点によると、符号分割多重信号を送信する送信装置と、この送信装置から送信された信号を受信する上述のＣＤＭＡ受信装置とを備えたことを特徴とする無線通信システムが提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、伝送路推定とフィルタリング（等化）の信号処理を時間領域で行い、ウェイト計算の信号処理のみを周波数領域で行う。ウェイト計算の信号処理を周波数領域で行うことにより、ウェイト計算の演算量を大幅に削減することができる。その一方、伝送路推定とフィルタリング（等化）の信号処理を時間領域で行うことで、ＧＩの挿入が不要であり、伝送効率の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明のＣＤＭＡ受信装置の実施例を示すブロック構成図である。このＣＤＭＡ受信装置は、パイロット逆拡散部１−１〜１−Ｌ、伝送路推定部２、直列／並列（Ｓ／Ｐ）変換部３、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部４、ウェイト計算部５、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部６、並列／直列（Ｐ／Ｓ）変換部７、ウェイト調整部８、等化フィルタ９およびデータ逆拡散部１０で構成される。
【００２８】
パイロット逆拡散部１−１〜１−Ｌは、パイロット信号が多重されたＣＤＭＡ信号を受信し、パスタイミングに従い、パス毎にパイロット信号の逆拡散を行う。伝送路推定部２は、パス毎のパイロット逆拡散信号を入力し、それぞれを複数シンボルにわたり平均し、パス毎の伝送路推定値（伝送路のインパルス応答）を求める。直列／並列変換部３は、伝送路のインパルス応答を直列／並列変換する。
【００２９】
高速フーリエ変換部４は、伝送路のインパルス応答をフーリエ変換し、周波数領域の信号に変換する。ウェイト計算部５は、周波数領域の伝送路推定値を入力し、等化フィルタのウェイトを計算する。周波数領域のポイントｍにおけるウェイトＷ(ｍ)の計算は、最小平均自乗誤差法（ＭＭＳＥ）を用いると、図４に示した従来例と同様に数２で計算される。高速逆フーリエ変換部６は、計算した周波数領域のウェイトを時間領域のウェイトに変換する。並列／直列変換部７は、時間領域のウェイトを並列／直列変換する。ウェイト調整部８は、等化フィルタのタップ数に合わせたウェイトを生成するため、タップ数の打ち切り処理、およびウェイトのレベルの正規化処理を行う。等化フィルタ９は、ウェイト調整部８で生成されたタップウェイトを用い、受信信号のフィルタリング（等化）を行う。データ逆拡散部１０は、等化信号を逆拡散し、データ信号を復調する。
【００３０】
図２に等化フィルタの構成例を示す。この等化フィルタは畳み込み演算を行うＦＩＲフィルタで構成されており、遅延器１１−１〜１１−（Ｎ−１）で受信信号をサンプル毎に遅延させ、各タップの出力に乗算器１２−１〜１２−ＮでウェイトＷ0〜ＷN-1を乗算して、それぞれの出力を加算器１３で加算する。
【００３１】
本発明では、パイロット信号を直接に高速フーリエ変換するのではなく、時間領域で伝送路推定を行い、伝送路のインパルス応答を高速フーリエ変換する。これにより、パイロット信号部のＧＩ挿入が不要となる。また、データ信号を時間領域でフィルタリング（等化）することで、データ信号部のＧＩ挿入を不要とすることができる。さらに、受信装置全体の演算量で支配的な部分を占めるウェイト計算を周波数領域で行うことで、演算量を大幅に削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
上述の実施形態では送受信アンテナ数はそれぞれ１本の場合を想定したが、送受信アンテナをそれぞれ複数用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式において線形フィルタ受信を行う場合にも、本発明を同様に実施できる。
【００３３】
また、本発明は移動通信システムの基地局無線装置および移動局無線装置のどちらにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のＣＤＭＡ受信装置の実施例を示すブロック構成図。
【図２】等化フィルタの一例を示すブロック構成図。
【図３】従来例のＣＤＭＡ受信装置を示すブロック構成図。
【図４】別の従来例を示すブロック構成図。
【図５】周波数領域等化器で用いる信号構成を示す図。
【図６】ガードインターバル（ＧＩ）挿入の効果を説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１−１〜１−Ｌ、２１−１〜２１−L パイロット逆拡散部
２、２２、３５  伝送路推定部
３、３３、３７  直列／並列変換部
４、３４、３８  高速フーリエ変換部
５、２３、３６  ウェイト計算部
６、４０  高速逆フーリエ変換部
７、４１  並列／直列変換部
８  ウェイト調整部
９、２４、３９  等化フィルタ
１０、２５、４２  データ逆拡散部
３１  ＧＩ除去部
３２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006311083.tif 000008
【図５】
2006311083.tif 000009
【図６】
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